模具图形库系统的研制(1)

模具图形库系统的研制摘要：本文描述了研制模具图形库系统的三种方法，并用其中最佳的一种方法研制了模具图形库系统。用该系统可以实现产品生产的各工步的模具零件图和装配图的快速生成和绘制。该系统绘图系列化、规范化，是一个使用方便、十分有效的系统，其优越性非常显著。关键词：模具图形库，CAD，五金，计算机系统1引言计算机绘图（ComputerdrawingorComputergraphics）作为计算机辅助设计（CAD）的一个分支，它的应用涵盖了几乎所有的领域。对于工业应用而言，所有的工业部门都已采用了计算机手段进行绘图。而对五金企业而言，虽然并不是所有厂家都采用了计算机绘图，但还是有不少厂家已经采用和正在尝试进行生产图纸的计算机绘制。笔者从事计算机绘图方面的理论研究工作和实际应用工作已经多年，积累了一定的经验，为了给正在尝试进行计算机绘图的厂家指明一些成功的途径，以便少走弯路，同时也为了与已经采用计算机绘图的厂家进行学术交流和讨论，本文论述了研制模具图形库系统这一问题。众所周知，各个正规的五金厂家生产的产品绝不是无所不包的，而是恰恰相反，基本上是每个五金厂家只生产一到两类产品，例如呆扳手、活扳手、梅花扳手、剪刀等的一到两个种类，这种专业化、分工性、产品的单一性，不仅为研制模具图形库系统提供了很好的可能性，而且也使模具图形库系统的研制相对简单一些，考虑的问题相对少一些。当然，产品种类繁多的五金生产厂家，并不是没有建立模具图形库系统的可行性，而是问题要复杂得多，解决这种复杂性的简单方法就是建立若干个子系统，每个子系统对应着一类产品，这所有的子系统都从属于主系统（也可称为总系统）。本文所述的模具图形库，简而言之，就是把若干模具零件图和若干模具装配图（总装图）的图形磁盘文件（已形成的文件和可以快速形成的文件）有机组合起来而形成的模具图形总体。它不是通常意义上的图纸资料室，不在计算机上是看不见这个模具图形库的。当然可以将各个零件图和模具装配图都输出到纸张上。模具图形库系统包括已形成的模具图形库和可以快速形成模具图形的系统。研制模具图形库系统的原因何在?是为了提高模具绘制的速度、效率和质量，降低劳动强度和设计周期，以便更好地跟上现代化的日新月异的产品更新换代的步伐，如果没有这个模具图形库系统，模具设计完毕之后，需要在图板上或计算机上逐一地绘制各个模具零件，例如上模座、下模座、卸料螺钉、顶杆、凸模、凹模、垫板、螺钉、销钉、模柄等，然后再绘制装配图。但是如果已经建立了模具图形库，就可以将所需的尺寸的各个零件从图形库中调出来进行装配或快速生成，速度显然大为提高。2研制模具图形库系统的可行方法2．1基于查询文件的绘图软件直接绘制法这是一种最为简单的方法，只要会使用一种绘图软件，比如AutoCAD、CAXA等，就可以用这种方法完成建立图形库系统的工作。它的整体思路是将一种尺寸的产品的各个工步的模具零件图和装配图分别绘制好，存储起来；再将第二种、第三种尺寸的产品的各个工步的模具零件图和装配图分别绘制好，存储起来，直到将所有尺寸的产品的模具零件图和装配图都绘制存储好为止。然后编制适用于不同尺寸产品的模具的查询文件，这个文件记载了每一种尺寸的产品所对应所有工步的模具零件图和装配图的文件名字及简要说明〔1,2〕。用这种方法研制模具图形库系统的流程如图1所示，查询生成图纸的流程如图2所示。这种研制方法的优点是方法简单，所需的计算机方面的外围知识较少，缺点是工作量庞大，零件图和装配已完全固定〔3〕。如果又有另一种新尺寸的同类产品需要设计和生产，那么这个图形库系统中并不存在对应于该尺寸产品的模具零件图和装配图，只能重新绘制或者由已有的模具零件图和装配图修改而成。2．2第二种方法——数据文件管理标准数据的编程法对同一类产品而言，例如同一种型式的呆扳手，如果呆扳手的一个尺寸改变了，那么其它各尺寸都会随之而改变，因为该尺寸标志着这个呆扳手的大小。根据这一特点，就可以建立数据文件（数据表），以某个关键尺寸作为引导尺寸，其它尺寸作为从属尺寸。如此，只需要编制绘制某个尺寸的产品的各工步的全部模具零件图和装配图的程序即可。该程序的前半部分是打开数据文件，读出相应数据，程序的后半部分是根据读入的数据绘图。在此应当注意，所有模具的零件图和装配图都要以产品的引导尺寸为参照，要作到一旦引导尺寸改变了，其它从属尺寸都应作相应的改变。这种方法有两个主要步骤：第一，建立完善的有依赖从属关系的数据文件（数据表）。这个完善有两个含义：一是应包括该种产品引导尺寸的所有可能尺寸，例如若以呆扳手的扳口宽度作为引导尺寸，则不仅要包含已生产的呆扳手的各个扳口宽度，而且还要包括未生产的、未设计的可能存在的所有扳口宽度；二是某个引导尺寸与产品各尺寸、所有工步的各模具零件的尺寸都有对应关系，不能只与部分模具零件的部分尺寸有对应关系，而与另一部分尺寸、另一部分模具零件的尺寸没有对应关系。这样才能保证绘出所有零件图和装配图。第二，编制正确的绘图程序〔4〕和图形函数库（子程序库）。如用AutoLISP语言编程，等等。这种方法是以产品的引导尺寸为“导火索”，“驱动”其它尺寸，以完成图纸绘制的工作。也就是说，只要已知产品的引导尺寸，系统便从数据文件中查询出此产品和所有模具的零件图和装配图的尺寸，进而生成图形。这种方法的优点是编制的程序通用性好，应用范围广，缺点是各数据之间无独立性，很难单独修改某一局部尺寸。这种图形的工作量主要体现在数据文件建立和程序编制上，但一旦完成这一工作，绘制各模具图将是水到渠成，十分方便的。研制模具图形库系统的流程见图3，查询并生成模具图纸的流程见图4。2．3基于数据文件管理标准数据的绘图软件二次开发法这种方法与第二种方法有相同之处。相同之处在于它也是依据引导尺寸建立相应的数据文件。其不同之处在于第二种方法是在数据文件的基础编制程序生成图形，而这种方法是在数据文件的基础上最终在计算机屏幕界面上形成一系列下拉菜单（如同AutoCAD下拉菜单的Draw、Modify、Edit等的层次下拉菜单）和对话框，然后根据下拉菜单和对话框绘制模具图。形成这些下拉菜单和对话框的过程就是二次开发的过程。最后达到的效果是这样的：不仅螺钉、弹簧、销钉、导正销、模柄、模座、导柱、导套、卸料板、垫板、凸模块、凹模块、摔子、冲子、芯轴、压边圈等模具零件可以从下拉菜单及对话框中依次选取各个需要的尺寸形成图形，而且还可选取整套标准模架和凸凹模，甚至于可根据产品零件的引导尺寸从下拉菜单和对话框中直接选取整套模具装配图。所谓层次下拉菜单和对话框是这样的，例如绘制一个螺钉，首先选“模具零件绘制”下拉菜单，然后从中选“标准件”一项，系统出现子菜单，内有各种标准件，点选“螺钉”，弹出对话框，供选取“螺钉直径”，然后系统要求选“螺纹长度”、“螺钉长度”等项，而螺钉头部直径和高度是依赖于螺钉直径的，由系统自动查询数据文件得到，无须选择，接下来是系统要求回答在几个视图（主视图、俯视图、侧视图等）中绘制此螺钉，待回答后，系统要求输入螺钉在各个视图中的插入位置（点）及螺钉长度方向与X轴正方向的夹角、比例尺。如此便在一张模具零件图或装配图中绘制了一个螺钉，如相同的螺钉有若干个，则用原始软件中的“复制”或“阵列”命令生成。不仅如此，在螺钉的绘制过程中，系统还能够自动判别螺钉与其它零件的隐藏关系，自动进行多余图表（直线段、弧线段、剖面线等）的消隐。由于第二种方法是根据已编制好的程序生成模具图，因而模具图生成后，很难对个别尺寸进行修改。但二次开发法生成的模具图的个别尺寸是完全可以在绘制过程中或绘制完毕后进行修改的。很显然，这种方法最为先进。本文就采用这种方法研制模具图形库系统。3系统的功能五金厂家使用的模具图形库系统，有下述模块及相应功能。（1）五金产品国家标准检索模块。根据产品种类，查阅该种类产品的各个标准尺寸。这里的五金产品国家标准可以仅仅是自己厂家所生产的产品的国家标准，如各种型号的呆扳手。（2）产品图形检索模块。根据产品的引导尺寸检索查询不同尺寸大小的产品图，图形和尺寸在计算机屏幕上的对话框中全面显示。（3）模具标准检索模块。如果模具采用了国家标准或厂标，可以从该模块查询出符合标准的各种模具及其尺寸。查询人员无需再看国家标准和厂标的书籍资料。（4）尺寸标注模块。根据该模块进行尺寸、公差、粗糙度、平行度、垂直度等的标注。（5）模具零件图绘制模块。此模块能利用多层下拉菜单和对话框的形式确定模具零件的各个尺寸，并选择在主视图、俯视图、侧视图等的几个视图中插入及其插入位置、旋转角度与比例尺，并自动判定消隐关系。（6）模具装配图生成模块。利用该模块可生成模具装配图、零件序号、明细表等，并自动进行多余图素的消隐。该模块还可以包含已形成的模具成套装配图子模块，以便查询使用。这是一个看上去画面线条最多、最密集的图形。4系统的总体结构本文建立的图形库系统的结构图如图5所示。5系统的使用根据生产的产品的引导尺寸，通过下拉菜单，查询得到所需要的模具零件的主要尺寸（例如根据引导尺寸查询出模架的凹模周界，再根据凹模周界确定可能的闭合高度、上下模座基本尺寸、导柱导套基本尺寸等）。据此可由下拉菜单画出对应于这些基本尺寸的上模座、下模座、导柱、导套等。对于上、下模座，可再通过下拉菜单，选取合适尺寸的螺钉孔、定位孔等画在模座的正确位置上。最终得到模具的各零件图。对于模具装配图，同样由下拉菜单完成，另外也可采用调用插入各零件图的方式完成。6系统的特点本系统以所生产的产品零件的关键尺寸作为引导尺寸，通过下拉菜单查询绘制所需的模具零件图和装配图。设计系列化、规范化，符合国家标准；充分利用了人机交互功能，可对局部尺寸进行修改；本系统应用方便，易于掌握。7结论本文依据软件工程学的思想对绘图软件进行二次开发，研制了模具图形库系统。它基于数据文件，编写程序查询调用这些数据文件，以产品关键尺寸为指引，通过下拉菜单，调用相应的绘图子程序，画出模具零件图和装配图，绘图过程系列化、规范化，是一个使用方便、十分有效的系统。该系统大大提高了绘图效率，减轻了绘图人员的劳动强度，设计质量和绘图质量获得了最佳效果，其优越性非常显著。